JPH0628841A - Storage element using chemical reaction - Google Patents

Storage element using chemical reaction

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JPH0628841A
JPH0628841A JP4180927A JP18092792A JPH0628841A JP H0628841 A JPH0628841 A JP H0628841A JP 4180927 A JP4180927 A JP 4180927A JP 18092792 A JP18092792 A JP 18092792A JP H0628841 A JPH0628841 A JP H0628841A
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electrodes
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electrolyte
electrolyte layer
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Makoto Yano
誠 矢野
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    • GPHYSICS
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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain a recording by providing an electrolyte layer between a pair of electrodes while being in contact with those electrodes, thereby using a chemical reaction. CONSTITUTION:An insulating film 3 and an electrolyte later 4 are present between a bit line 1 and a word line 2. Electrodes 1 and 2 are in contact with the electrolyte layer 4 and the isolating film prevents the contact between electrodes 1, 2 at a place except the element. A deposition metal layer 5 generated by an electrolysis is present between the electrode 2 and the electrolyte layer 4. This deposition is dissolved in the layer 4, or moved to the electrode 1 by a reverse current. The presence or absence of the metal corresponds to '0' and '1', and the content is read by the presence or absence of a conduction. Thus, a storage device whose constitution is simple, and whose integration is high can be obtained, and the storage content can be maintained even when a power source is turned off. Also, the content is stable to the magnetism, so that a reading can be attained at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子計算機、ワードプ
ロセッサー、ゲームカートリッジ等に用いられる不揮発
性でかつ書き直しの可能な記憶素子に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile and rewritable memory element used in electronic computers, word processors, game cartridges and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、コンピュータの記憶素子として、
磁気テープ、磁気ディスク、コンパクトディスク、光デ
ィスク等様々なものが利用されてきたが、半導体を利用
したものとしてはROM(Read only memory),RAM(Ra
ndom access memory)などがある。これらのメモリーは
動作が速く、また小型化が可能なため幅広く使用されて
いるが、コンピュータの高性能化に伴い、その集積度の
向上が強く要求されている。この為には加工サイズの極
小化が必要であり、X線や電子線による加工や縮小投影
等の技術の進歩により、加工精度はミクロンよりサブミ
クロンのオーダーまで小さくなり、数十メガビットとい
ったメモリーも試作され、販売されるようになった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a memory element of a computer,
Various types of magnetic tapes, magnetic discs, compact discs, optical discs, etc. have been used, but as semiconductors, ROM (Read only memory), RAM (Ra
ndom access memory). These memories are widely used because they operate quickly and can be miniaturized, but there is a strong demand for higher integration of the memories as the performance of computers increases. For this purpose, it is necessary to minimize the processing size, and due to advances in technology such as processing with X-rays and electron beams and reduction projection, processing accuracy is reduced from micron to sub-micron order, and memory such as tens of megabits is also available. It was prototyped and put on sale.

【0003】しかしながら、このような微細化による構
造単位の縮小も、記憶素子が一定のキャパシタンスを持
つ必要があるため、限界に近づいている。これらの素子
はMOS−FETが基本構造になっているが、このよう
な構造にとらわれず集積化、微細化を計る方法としてバ
イオチップ等が提案されているものの、まだ検討の域を
出ていない(例えば「化学技術者のための超LSI技術入
門」化学工学協会編,培風館(1989))。
However, the reduction of the structural unit due to such miniaturization is approaching the limit because the memory element needs to have a certain capacitance. Although these elements have a MOS-FET as a basic structure, biochips and the like have been proposed as a method for measuring integration and miniaturization without being restricted to such a structure, but they have not yet been considered. (For example, "Introduction to VLSI technology for chemical engineers" edited by the Chemical Engineering Association, Baifukan (1989)).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】MOS−FETによる
記憶素子は高速性、サイズ、操作性などのバランスに優
れ、幅広い分野にわたって使用されているが、上述のよ
うにその性能は限界に近づいている。また、RAMは書
き換えは容易であるが、電源を切ると記憶内容が消失
し、またROMは記憶内容の消失はないが、書き換えが
できなかったり、できても、内容を一度に消去してから
でないと可能でないものが多い。更に、完全に書き換え
の可能なものは、回路が複雑になりサイズが大きくなる
などの問題があった。
A memory element using a MOS-FET has an excellent balance of high speed, size and operability and is used in a wide range of fields, but its performance is approaching its limit as described above. . Although the RAM is easy to rewrite, the stored contents are lost when the power is turned off, and the ROM does not lose the stored contents, but it cannot be rewritten. Even if it is possible, the contents are erased at once. Otherwise there are many things that are not possible. Further, the completely rewritable one has a problem that the circuit becomes complicated and the size becomes large.

【0005】本発明は、MOS−FETを用いた記憶素
子の持つこれらの欠点を無くし、小さなサイズの簡単な
構造を持ち、しかも書き換え可能な記憶素子を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to eliminate these drawbacks of a memory element using a MOS-FET, and provide a rewritable memory element having a small size and a simple structure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の記憶素子の特徴
は、素子の化学的な変化により記憶を行なうことであ
る。この化学変化は電流により引き起こされる電気化学
的変化であり、例えば、金属の析出や溶解、電解酸化ま
たは還元による膜の科学的変化、電解質中の溶質の電気
分解による電解質濃度の変化などがあげられる。
A feature of the storage element of the present invention is that the storage is performed by a chemical change of the element. This chemical change is an electrochemical change caused by an electric current, and includes, for example, metal deposition and dissolution, chemical changes in the membrane due to electrolytic oxidation or reduction, and changes in the electrolyte concentration due to electrolysis of solutes in the electrolyte. .

【0007】これらの化学変化は逆に電極や電解質また
はこれらの界面の電導性や界面電圧などの電気的性質の
変化を招き、これらを測定することにより記録の読み出
しを行なうことができる。
On the contrary, these chemical changes lead to changes in electrical properties such as electric conductivity and interface voltage of the electrodes and electrolytes or their interfaces, and recording can be read out by measuring these.

【0008】一対の電極は金属、半導体などでできてお
り、その中で一方の電極は金属、他方の電極は半導体が
好ましい。金属電極としては金、銀、銅、アルミニウ
ム、白金などが使用できるが、常温での安定性やイオン
化のし易さなどより、銀、銅が好ましい。また、半導体
電極としてはシリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウムな
どをあげることができる。もちろん、この金属−半導体
の組合せのほかにも半導体−半導体の組合せや、金属−
金属の組合せも考えられる。後者はたとえばアルミニウ
ムのように電解により絶縁性の被膜ができるものを組み
合わせることにより、絶縁膜の有無による導電性の変化
を利用して記録の読み出しを行なうことができる。
The pair of electrodes is made of metal, semiconductor or the like, of which one electrode is preferably metal and the other electrode is preferably semiconductor. As the metal electrode, gold, silver, copper, aluminum, platinum or the like can be used, but silver and copper are preferable because of stability at room temperature and ease of ionization. Further, as the semiconductor electrode, silicon, gallium arsenide, germanium or the like can be used. Of course, in addition to this metal-semiconductor combination, semiconductor-semiconductor combination, metal-
Combinations of metals are also possible. For the latter, recording can be read by utilizing a change in conductivity depending on the presence or absence of an insulating film by combining a material such as aluminum that can form an insulating film by electrolysis.

【0009】電解質は、素子の安定性のために流動性の
ない状態となっている。このような電解質としては、た
とえば、i)ポリチオフェンやポリピロールのような電解
重合により生成するポリマー、ii)ポリオキシエチレン
等の高分子のマトリックス中に低分子塩を分散させた
系、iii)ヨウ化銀−ほう酸銀系ガラスのような超イオ
ン電導材料などが挙げられる。
The electrolyte is in a non-fluid state due to the stability of the device. As such an electrolyte, for example, i) a polymer produced by electrolytic polymerization such as polythiophene or polypyrrole, ii) a system in which a low molecular salt is dispersed in a polymer matrix such as polyoxyethylene, iii) iodide Examples thereof include superionic conductive materials such as silver-silver borate glass.

【0010】上記i)の電解質ポリマーとしてはポリチオ
フェン、ポリピロールのほか、ポリ3−アルキルチオフ
ェン、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、ポリベン
ゾチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリオキサジ
アゾール等、及びこれらの共重合体などが挙げられる。
Examples of the electrolyte polymer of i) include polythiophene, polypyrrole, poly-3-alkylthiophene, polyparaphenylene, polyacetylene, polybenzothiophene, polyphenylene vinylene, polyoxadiazole, and copolymers thereof. Can be mentioned.

【0011】ii)のポリマーマトリックスとしては、ポ
リオキシエチレンの他にポリプロピレングリコール等の
ポリアルキレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリ
エチレンスルフィド、ポリプロピレンスルフィド、ポリ
テトラメチレンスルフィド及びこれらのモノマー同士の
共重合体やこれらの他のモノマーとの共重合体などが挙
げられる。
As the polymer matrix of ii), in addition to polyoxyethylene, polyalkylene glycol such as polypropylene glycol, polyethyleneimine, polyethylene sulfide, polypropylene sulfide, polytetramethylene sulfide, copolymers of these monomers, and these Examples thereof include copolymers with other monomers.

【0012】更に、iii)の超イオン電導性材料として
は、AgI−Ag2O−B23,AgI−Ag427,A
gBr−Ag2O−B23,AgCl−Ag2O−B
23,RbAg45系のガラスなどを挙げることができ
る。
Furthermore, as the superionic conducting material iii), AgI-Ag 2 O -B 2 O 3, AgI-Ag 4 P 2 O 7, A
gBr-Ag 2 O-B 2 O 3, AgCl-Ag 2 O-B
Examples thereof include 2 O 3 and RbAg 4 I 5 type glass.

【0013】これらのいずれの場合にも、電解質中のイ
オンは、電極での電気化学反応に関与するイオンを含ん
でいなければならない。たとえば金属析出の場合であれ
ば、析出する金属イオン、絶縁膜形成の酸化反応であれ
ば、OH~,ClO2~のような酸素を含むイオンである。
上記の電解質のうちi)の電解質ポリマーは電極反応を使
用できるために作製が容易である。ii)のポリマーマト
リックスの場合は比較的自由にイオンが選べる利点があ
る。また、iii)の超イオン電導性ガラスは安定性、信頼
性において優れている。
In any of these cases, the ions in the electrolyte must include the ions involved in the electrochemical reaction at the electrode. For example, in the case of metal deposition, it is a metal ion to be deposited, and in the case of an oxidation reaction for forming an insulating film, it is an ion containing oxygen such as OH ~, ClO 2 ~.
Among the above electrolytes, the electrolyte polymer of i) is easy to prepare because it can use the electrode reaction. The polymer matrix of ii) has the advantage that the ions can be selected relatively freely. Further, iii) the superionic conductive glass is excellent in stability and reliability.

【0014】基板としては、シリコン、セラミックなど
通常の半導体に用いられている様々なものを用いること
ができる。
As the substrate, various substrates used for ordinary semiconductors such as silicon and ceramics can be used.

【0015】本発明の記憶素子に用いる絶縁膜として
は、酸化珪素、窒化珪素などの無機膜が絶縁性や作製の
容易さの点で好ましいが、これらの他にポリイミド膜等
の有機膜を用いることができる。この絶縁膜は必須のも
のではなく、電解質層を十分大きくとり、電極間の接触
を防ぐことにより絶縁膜をなくすることができる。
As the insulating film used in the memory element of the present invention, an inorganic film such as silicon oxide or silicon nitride is preferable in terms of insulating property and easiness of production. In addition to these, an organic film such as a polyimide film is used. be able to. This insulating film is not essential, and the insulating film can be eliminated by making the electrolyte layer sufficiently large to prevent contact between the electrodes.

【0016】[0016]

【作用】本発明の記憶素子は基本的に一対の電極とその
間に存在する電解質層で構成されるため複雑なパターン
を必要とせず、従来の素子に比べ一層の微細化が可能で
ある。
Since the memory element of the present invention basically comprises a pair of electrodes and an electrolyte layer existing between them, it does not require a complicated pattern and can be further miniaturized as compared with the conventional element.

【0017】このように、記憶素子を複合化、微小化す
ることにより、電極、電解質共に微小化され、わずかの
電流で記憶の読み出しに必要な化学変化を引き起こすこ
とができるようになり、書き込み時間を短縮することが
可能となる。またこれらの化学変化は、逆の電流を流す
ことにより元に戻る可逆性の反応が多く、このためこれ
らの素子は記憶内容を書き換えることが可能となる。
As described above, by compounding and miniaturizing the memory element, both the electrode and the electrolyte are miniaturized, and it becomes possible to cause a chemical change necessary for reading of the memory with a small current, and the write time. Can be shortened. In addition, these chemical changes are often reversible reactions that return to the original when a reverse current is applied, and therefore these devices can rewrite the stored contents.

【0018】また、このような記憶は化学的変化によっ
てなされるため電源を切っても内容は消えず、電極の酸
化防止などの適切な処置を取れば半永久的に保存するこ
とが可能である。
Further, since such a memory is made by a chemical change, the contents are not erased even when the power is turned off, and can be semipermanently preserved by taking appropriate measures such as prevention of electrode oxidation.

【0019】これらの素子の欠点としては書き込みに
時間がかかること、読み出しの際の電流により記憶内
容の変質の恐れのあること、他の素子を迂回して電流
が流れる可能性があること、等が挙げられる。しかし、
これらのうちについては前述の如く、素子の微細化に
より改善されるし、また書き込みに少々の時間を要して
も、読み出しのほうは化学変化が無視できるほどの微小
電流のほうが好ましいので、高速の読み出しが可能であ
り、このような特性を生かして帳簿や辞典のような書き
換えの頻度が少ないが、読み出しの頻度の多い用途に適
している。
Disadvantages of these elements are that it takes a long time to write, that the current at the time of reading may alter the stored contents, and that the current may flow around other elements. Is mentioned. But,
As described above, these are improved by the miniaturization of the element, and even if it takes a little time to write, a small current in which a chemical change is negligible is preferable in reading, so that high speed is achieved. Can be read out, and by taking advantage of such characteristics, the frequency of rewriting is low, such as in books and dictionaries, but it is suitable for applications with high frequency of reading.

【0020】については書き込み電流と読み出し電流
の比を小さくすることによって確率を小さくすることは
できるが、長時間の使用では万全ではない。これは読み
出しの後、それと同じ大きさの逆の電流を流すことによ
り防止できるようになる。また、の迂回電流について
は、電極の片方にダイオードを入れ逆の電流を遮断する
ことにより無くすることができる。
As for the above, the probability can be reduced by reducing the ratio of the write current and the read current, but it is not perfect when used for a long time. This can be prevented by flowing an opposite current of the same magnitude as that after reading. The bypass current can be eliminated by inserting a diode in one of the electrodes and blocking the reverse current.

【0021】先に述べたように、この素子に利用できる
反応は様々であり、これらのいずれもが利用可能である
が、これらのなかで半導体電極への金属の析出反応がも
っとも適している。それはごく微量の金属析出によりそ
の電導性が大きく変化するだけでなく、金属の析出しな
い状態でも一方向への電導性は確保されているため、金
属析出反応を無理なく行うことが可能で、したがって書
き込み、読み出しを容易に安定して行なうことができる
ためである。
As described above, various reactions can be used for this device, and any of them can be used. Among these, the metal deposition reaction on the semiconductor electrode is most suitable. It is possible to carry out the metal deposition reaction reasonably because not only the conductivity of the metal changes greatly by a very small amount of metal deposition, but also the conductivity in one direction is secured even in the state where no metal is deposited. This is because writing and reading can be performed easily and stably.

【0022】以下実施例はこの反応にしたがって記述す
るが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではな
く、前述のような他の様々な反応を利用しても同様の目
的が達せられることは言うまでもない。
The following examples will be described according to this reaction, but the present invention is not necessarily limited to this, and the same purpose can be achieved by using various other reactions as described above. Needless to say.

【0023】[0023]

【実施例】図1及び図2に記憶素子の典型的な構造を示
す。図中電極1はビット線、電極2はワード線であり、
両者の間には絶縁膜3と電解質層4が存在している。そ
して、電極1と電極2はそれぞれ電解質層4と接してい
る。絶縁膜3はこの素子以外のところで両電極の接触を
防ぐためのものであり、電極2は基板6に取り付けられ
ている。電極2と電解質層4の間には電解により生成し
た析出金属層5があり、この析出金属層5は逆の電流を
流すことにより電解質層4中に溶解するか、電極1側に
移動する。この金属の有無が、0または1に対応し、両
電極間の導通の有無でその内容を読み取ることができ
る。
1A and 1B show a typical structure of a storage element. In the figure, electrode 1 is a bit line, electrode 2 is a word line,
The insulating film 3 and the electrolyte layer 4 are present between the two. The electrodes 1 and 2 are in contact with the electrolyte layer 4, respectively. The insulating film 3 is for preventing contact between both electrodes except the element, and the electrode 2 is attached to the substrate 6. There is a deposited metal layer 5 generated by electrolysis between the electrode 2 and the electrolyte layer 4, and the deposited metal layer 5 is dissolved in the electrolyte layer 4 or moved to the electrode 1 side by applying a reverse current. The presence or absence of this metal corresponds to 0 or 1, and the content can be read depending on the presence or absence of conduction between both electrodes.

【0024】もちろんデバイスとしてはこれらの素子の
ほかに、様々なI/Oセレクタ、ローデューダ、クロッ
クジェネレータ、カラムデューダ等があることは通常の
半導体メモリーと同じであり、これらの基本的構成例
は、I/Oセレクタ、センスアップ、ローデューダ、カ
ラムデューダ、クロックジェネレータと本発明の記憶素
子集合体の組合せのようなものである。
Of course, as a device, in addition to these elements, there are various I / O selectors, row duders, clock generators, column duders, and the like, which is the same as a normal semiconductor memory. It is like a combination of an I / O selector, sense up, row duder, column duder, clock generator and storage element assembly of the present invention.

【0025】図3と図4に示した記憶素子は、個々の電
解質層4を相互に接触しない程度に大きくして、図1、
2に示す絶縁膜3を省略したものである。この場合は、
電解質層4の厚みによって両電極1、2間に空間ができ
て相互の絶縁性を確保することになる。
In the memory element shown in FIGS. 3 and 4, the individual electrolyte layers 4 are made large enough not to come into contact with each other.
The insulating film 3 shown in 2 is omitted. in this case,
Due to the thickness of the electrolyte layer 4, a space is created between the electrodes 1 and 2 to ensure mutual insulation.

【0026】次にこれらの素子の作製法の例を述べる。
もちろん、これらは一例であり、本発明は以下の記載に
限定されるものではない。
Next, an example of a method for manufacturing these elements will be described.
Of course, these are examples and the present invention is not limited to the following description.

【0027】図5及び図6は作製の手順を示すものであ
り、図5は図1のA−A断面で、図6は図1のB−Bに
おける断面である。これらの図のi)の如く、基板6上に
一方の電極2を形成する。この形成の手順は蒸着、スパ
ッタリングやCVDによる形成でも構わないし、また基
板6に半導体を用いる場合にはフォトリソグラフィーに
よりパシベーション膜を形成した後にドープ剤を拡散す
るか、もしくは直接イオン打ちこみによって電極を形成
してもよい。
FIGS. 5 and 6 show the manufacturing procedure. FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line BB of FIG. One electrode 2 is formed on the substrate 6 as shown in i) of these figures. The procedure of this formation may be formation by vapor deposition, sputtering or CVD, and when a semiconductor is used for the substrate 6, a passivation film is formed by photolithography and then a doping agent is diffused, or an electrode is directly formed by ion implantation. You may.

【0028】次に、ii)の如く全体に絶縁膜3を形成
し、素子の部分に穴を開ける。もちろんこの工程を省く
ことができることは前にも述べた通りである。絶縁膜3
の形成はCVD、スパッタリングによってもよいし、熱
酸化や湿式酸化などの酸化反応によってもよい。また有
機膜の場合、塗布や塗布後光重合や架橋により形成する
ことができる。そしてこの穴の部分全体を覆うように、
iii)の如く電解質層4を形成する。これにはスパッタリ
ングや溶融物を均一に塗布した後にフォトリソグラフィ
ーによりエッチングして形成する方法、もしくは二重結
合など重合性の基を有するポリエーテルをイオン電解質
を含んだ状態で塗布し、光や電子線等により架橋した
後、未架橋部分を溶剤で洗い落とす方法等により可能で
ある。また、電解重合によっても形成することができ
る。この場合は重合物は電極の回りに析出するので、フ
ォトリソグラフィーなどを用いることなしにパターニン
グが可能である利点を有する。
Next, as shown in ii), the insulating film 3 is formed on the entire surface, and a hole is formed in the element portion. Of course, this step can be omitted, as described above. Insulation film 3
May be formed by CVD, sputtering, or by an oxidation reaction such as thermal oxidation or wet oxidation. Further, in the case of an organic film, it can be formed by coating or by photopolymerization or crosslinking after coating. And to cover the whole part of this hole,
The electrolyte layer 4 is formed as in iii). This can be achieved by a method in which sputtering or a melt is uniformly applied and then etching is performed by photolithography, or a polyether having a polymerizable group such as a double bond is applied in a state containing an ionic electrolyte, and light or electron is applied. After cross-linking with a line or the like, the uncross-linked portion may be washed off with a solvent. It can also be formed by electrolytic polymerization. In this case, since the polymer is deposited around the electrode, there is an advantage that patterning is possible without using photolithography.

【0029】そして最後にこの電解質層4をつなぐよう
にして、iv)の如く電極1を形成することにより素子は
完成する。電極1の形成は通常、蒸着もしくはスパッタ
リングにより行われる。このほか、図1に示される析出
金属層5を予め蒸着などにより形成しておくこともでき
る。この場合は、電気化学反応にて金属層を溶解するこ
とにより電気特性の変化が起こる。
Finally, the device is completed by connecting the electrolyte layer 4 and forming the electrode 1 as in iv). The electrode 1 is usually formed by vapor deposition or sputtering. In addition, the deposited metal layer 5 shown in FIG. 1 can be formed in advance by vapor deposition or the like. In this case, the electrical characteristics are changed by melting the metal layer by an electrochemical reaction.

【0030】以上に述べた方法で素子を製造する際、本
工程前、工程中もしくは本工程後のいずれの段階にでも
適当な時期に、これらの素子を作動させるためのクロッ
ク、セレクタ、カラムデューダ等の付属回路を作成する
ことができる。これらは一般的には図5又は図6に示し
たii)の絶縁膜形成工程の前に行われる。
When manufacturing the devices by the above-described method, a clock, a selector, a column duder for operating these devices at any time before, during, or after this step are suitable. It is possible to create auxiliary circuits such as. These are generally performed before the insulating film forming step of ii) shown in FIG. 5 or FIG.

【0031】こうして出来たチップは他の素子と同様に
してダイシング、ボンディング、パッケージングを行っ
て組み立てられる。これらについては、通常の半導体と
同様に従来の技術をもって行うことが可能である。ただ
し、電解質の耐熱性の低い場合はパッケージングに用い
る樹脂に流動性の高いものを用いて低温で硬化させる必
要がある。
The thus-formed chip is assembled by dicing, bonding and packaging in the same manner as other elements. Regarding these, it is possible to carry out with a conventional technique as with a normal semiconductor. However, when the heat resistance of the electrolyte is low, it is necessary to use a resin having a high fluidity for the packaging and cure it at a low temperature.

【0032】次に、このようにして作製されたチップの
使用例として、電極2がpドープされたシリコン電極、
電解質層4の電解質が硝酸銀を含む架橋ポリエーテル、
電極1が銀電極の場合について述べる。このような素子
において、電極1と電極2間の電圧V12とその間に流れ
る電流I12の関係は図7の実線のようになる。すなわ
ち、電極1の方に正の電極を加えると電流が流れ、金属
イオン(Ag+)が電極2でAgとなって析出してくる。
しかし、電極2の方に正の電圧がかかっても電流はほと
んど流れない。そして僅かに流れた場合でも、電極2の
表面に酸化珪素の膜が生成するため電流は時間と共に流
れなくなる。ところが、この状態でV12に正の電圧をか
け電流を流すと電極2の表面には金属銀が析出し、電圧
−電流の関係は点線のようになる。この状態で電極2に
正の電圧を加えると電流が流れる。従って電極2に正の
電圧を加えて電流をチェックすることにより、記憶の内
容を取り出すことができる。いったん析出した金属銀は
逆の電流、すなわち電極1より電極2へ電流を流すこと
により電解質中に溶解し、さらには電極1の表面に析出
する。すべての銀が電極2の表面より溶解すると、電圧
−電流の関係は図7の実線のように戻る。従って、この
素子は記憶の内容を書き込むことも消去することも可能
である。しかしながら、内容を読むとき、電極2より電
極1へ電流が流れるため、微量であっても電極2の表面
の銀は少しずつ溶解する。溶解が度重なれば、電極2の
表面の記憶内容が消えてしまうことになるので、これを
避けるためには読み出しを行った後、逆の電流を流して
状態を元に戻しておけばよい。こうすれば、記憶の内容
を半永久的に保存することができる。
Next, as an example of using the chip thus manufactured, the electrode 2 is a p-doped silicon electrode,
The electrolyte of the electrolyte layer 4 is a cross-linked polyether containing silver nitrate,
The case where the electrode 1 is a silver electrode will be described. In such an element, the relationship between the voltage V 12 between the electrodes 1 and 2 and the current I 12 flowing between them is as shown by the solid line in FIG. That is, when a positive electrode is added to the electrode 1, a current flows, and metal ions (Ag +) are deposited as Ag on the electrode 2.
However, even if a positive voltage is applied to the electrode 2, almost no current flows. Even if the current slightly flows, a silicon oxide film is formed on the surface of the electrode 2 and the current stops flowing with time. However, in this state, when a positive voltage is applied to V 12 to pass a current, metallic silver is deposited on the surface of the electrode 2, and the voltage-current relationship becomes as indicated by the dotted line. When a positive voltage is applied to the electrode 2 in this state, a current flows. Therefore, the contents of the memory can be retrieved by applying a positive voltage to the electrode 2 and checking the current. The metallic silver once deposited is dissolved in the electrolyte by applying a reverse current, that is, an electric current from the electrode 1 to the electrode 2, and is further deposited on the surface of the electrode 1. When all the silver is dissolved from the surface of the electrode 2, the voltage-current relationship returns as shown by the solid line in FIG. Therefore, the device is capable of writing and erasing stored contents. However, when reading the contents, since a current flows from the electrode 2 to the electrode 1, the silver on the surface of the electrode 2 is gradually dissolved even if the amount is very small. If the dissolution is repeated, the stored contents on the surface of the electrode 2 will be erased. Therefore, in order to avoid this, it is sufficient to return the state by applying a reverse current after reading. . In this way, the contents of memory can be preserved semipermanently.

【0033】図7のように、電気的特性が変化するのに
充分な、すなわち書き込みに必要な電流量は、電極1の
面積に比例する。従って、この素子は集積度が増し、電
極表面が小さくなるほど有利となる。書き込み電流量は
読み出しの電流量より大きい必要があり、少なくとも読
み出し電流量の2倍、通常は10倍以上取ることが動作の
正確性を確保するために望ましい。読み出しに要する電
流量は、書き込みのときほど大きく取る必要はなく、こ
のためこの素子は書き込みに比べて読み出しが頻繁な用
途に適している。
As shown in FIG. 7, the amount of current sufficient for changing the electrical characteristics, that is, the amount of current required for writing is proportional to the area of the electrode 1. Therefore, this device becomes more advantageous as the integration degree increases and the electrode surface becomes smaller. The write current amount needs to be larger than the read current amount, and it is desirable to take at least twice the read current amount, usually 10 times or more, in order to ensure the accuracy of the operation. The amount of current required for reading does not have to be as large as that for writing, and therefore this element is suitable for applications where reading is more frequent than writing.

【0034】また、多くの素子が格子上に配置されてい
る場合、もし、その素子がONの状態になっていなくと
も、他の素子を迂回して電流が流れることがある。例え
ば、図8(a)において、P11がOFFの状態になってい
ても他の素子がONの状態になっていれば、b1とa1
間に電圧を加えたときb1⇒P21⇒a2⇒P22⇒b2⇒P
12⇒a1の順に電流が流れ、ONの状態と区別がつかな
くなる。これを防ぐためには、図9の如く電極2の面に
pnの接合を作ってツェナーダイオードを形成し、図8
(b)のようにすればよい。図9はダイオードのある記憶
素子の一例であり、ここで半導体層7は半導体電極2と
反対の極性を有するもので、ここではp型半導体を示
す。このダイオードは書き込みの場合に流れる電流が消
去のときと逆であるので、ある一定の値以上では逆方向
にも電流が流れるツェナーダイオードにする必要があ
る。もちろん、電極2の電極面を多層構造にして、電極
とダイオードを分離しても構わないし、また電極1の方
にダイオードを形成させても構わない。
Further, when many elements are arranged on the lattice, current may flow bypassing other elements even if the elements are not in the ON state. For example, in FIG. 8A, when P 11 is in the OFF state but other elements are in the ON state, when a voltage is applied between b 1 and a 1 , b 1 ⇒P 21 ⇒ a 2 ⇒ P 22 ⇒ b 2 ⇒ P
The current flows in the order of 12 ⇒ a 1 , making it indistinguishable from the ON state. In order to prevent this, a pn junction is formed on the surface of the electrode 2 to form a Zener diode as shown in FIG.
You can do like (b). FIG. 9 shows an example of a memory element having a diode, in which the semiconductor layer 7 has a polarity opposite to that of the semiconductor electrode 2, and here a p-type semiconductor is shown. In this diode, the current flowing in the case of writing is opposite to that in the case of erasing, so it is necessary to use a Zener diode in which a current flows in the reverse direction at a certain value or more. Of course, the electrode surface of the electrode 2 may have a multi-layered structure to separate the electrode from the diode, or the diode may be formed on the electrode 1.

【0035】実際に2×2の計4個の電極2の面が100
μ×100μの断面積を持つ図1の如き記憶素子集合体を
作製し、各記憶素子に5μAsecの電流を通じ銀を析出
させたとき、明らかに各素子間の抵抗値変化を区別する
ことができた。
Actually, the surface of four electrodes 2 of 2 × 2 is 100
When a memory element assembly as shown in FIG. 1 having a cross-sectional area of μ × 100μ was made and silver was deposited by applying a current of 5 μAsec to each memory element, it was possible to clearly distinguish the change in resistance value between each element. It was

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の記憶素子は、構造が簡単で、集
積度の高い記憶装置を提供できるのみでなく、電源を切
断してもその記憶内容を保持できる。また、その記憶内
容は磁気に対して安定であり、高速での読み出しが可能
である。
The storage element of the present invention not only provides a storage device having a simple structure and a high degree of integration, but also retains its stored contents even when the power is turned off. Further, the stored contents are magnetically stable and can be read at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】記憶素子の一例を示す部分拡大平面図である。FIG. 1 is a partially enlarged plan view showing an example of a storage element.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】記憶素子の他の例を示す部分拡大平面図であ
る。
FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing another example of the storage element.

【図4】図3中B−B断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG.

【図5】記憶素子の作製の一例を示す図1A−A断面図
であり、i)〜iv)はその順序を示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 1A-A showing an example of manufacturing a memory element, and i) to iv) show the order.

【図6】記憶素子の作製の一例を示す図1B−B断面図
であり、i)〜iv)はその順序を示す。
FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 1B-B showing an example of manufacturing a memory element, and i) to iv) show the order.

【図7】記憶素子において金属が析出している場合(点
線)及び析出していない場合(実線)の電圧−電流特性を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing voltage-current characteristics when a metal is deposited in a memory element (dotted line) and when metal is not deposited (solid line).

【図8】記憶素子のダイオードのない場合(a)と、ある
場合(b)の回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram of a case (a) without a diode of a memory element and a case (b) with a diode.

【図9】ダイオードのある本発明の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the present invention having a diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極 2 電極 3 絶縁膜 4 電解質層 5 析出金属層 6 基板 7 半導体層 1 Electrode 2 Electrode 3 Insulating Film 4 Electrolyte Layer 5 Precipitated Metal Layer 6 Substrate 7 Semiconductor Layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の電極及びその間にありかつ双方の
電極と接している電解質層よりなり、電気的性質の変化
を伴う電気化学反応によって記録を行うことを特徴とす
る化学反応を利用した記憶素子。
1. A memory using a chemical reaction, characterized by comprising a pair of electrodes and an electrolyte layer between them and in contact with both electrodes, wherein recording is performed by an electrochemical reaction accompanied by a change in electrical properties. element.
【請求項2】 電気化学的反応が半導体電極への金属の
析出で、電気的性質の変化が電気電導度の変化であるこ
とを特徴とする請求項1記載の化学反応を利用した記憶
素子。
2. A memory element using a chemical reaction according to claim 1, wherein the electrochemical reaction is deposition of a metal on the semiconductor electrode and the change in electrical property is a change in electrical conductivity.
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